We present an axiomatic framework for analyzing the algorithmic properties of decision trees. This framework supports the classification of decision tree problems through structural and ancestral constraints within a rigorous mathematical foundation. The central focus of this paper is a special class of decision tree problems-which we term proper decision trees-due to their versatility and effectiveness. In terms of versatility, this class subsumes several well-known data structures, including binary space partitioning trees, K-D trees, and machine learning decision tree models. Regarding effectiveness, we prove that only proper decision trees can be uniquely characterized as K-permutations, whereas typical non-proper decision trees correspond to binary-labeled decision trees with substantially greater complexity. Using this formal characterization, we develop a generic algorithmic approach for solving optimal decision tree problems over arbitrary splitting rules and objective functions for proper decision trees. We constructively derive a generic dynamic programming recursion for solving these problems exactly. However, we show that memoization is generally impractical in terms of space complexity, as both datasets and subtrees must be stored. This result contradicts claims in the literature that suggest a trade-off between memoizing datasets and subtrees. Our framework further accommodates constraints such as tree depth and leaf size, and can be accelerated using techniques such as thinning. Finally, we extend our analysis to several non-proper decision trees, including the commonly studied decision tree over binary feature data, the binary search tree, and the tree structure arising in the matrix chain multiplication problem. We demonstrate how these problems can be solved by appropriately modifying or discarding certain axioms.


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决策树(Decision Tree)是在已知各种情况发生概率的基础上,通过构成决策树来求取净现值的期望值大于等于零的概率,评价项目风险,判断其可行性的决策分析方法,是直观运用概率分析的一种图解法。由于这种决策分支画成图形很像一棵树的枝干,故称决策树。在机器学习中,决策树是一个预测模型,他代表的是对象属性与对象值之间的一种映射关系。Entropy = 系统的凌乱程度,使用算法ID3, C4.5和C5.0生成树算法使用熵。这一度量是基于信息学理论中熵的概念。 决策树是一种树形结构,其中每个内部节点表示一个属性上的测试,每个分支代表一个测试输出,每个叶节点代表一种类别。 分类树(决策树)是一种十分常用的分类方法。他是一种监管学习,所谓监管学习就是给定一堆样本,每个样本都有一组属性和一个类别,这些类别是事先确定的,那么通过学习得到一个分类器,这个分类器能够对新出现的对象给出正确的分类。这样的机器学习就被称之为监督学习。

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